机械原理课件-第2章

本章教学内容机构的组成机构运动简图的绘制机构具有确定运动的条件机构

度的计算计算平面机构

度应注意事项机构的组成原理及结构分析平面机构中的高副低代§2-1

机构的组成一、构件机构中独立运动的单元体就叫构件（自行车车轮）。从制造加工角度：机械由零件组成从运动和功能实现角度：机械由构件组成，基本单元体叫构件注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接二、运动副运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接（轴和轴套）运动副元素：指两个构件直接接触而构成运动副的表面运动副元素不外乎为点、线、面。三、构件度与约束构件的度：指一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。一个自由构件在空间具有6个度。（平面哪？）约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。运动副引入的约束数等于两构件相对

度减少的数目。运动副引入的约束数：最多为5个。1.

按运动副相对运动形式分四、运动副分类转动副移动副X级运动副：指引入X个约束的运动副。球面副2.

按运动副引入的约束数分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副Ⅴ级副Ⅲ级副螺旋副Ⅴ级副Ⅴ级副转动副3.

按运动副接触形式分★低副:两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副;★高副:凡两构件通过点或线接触而构成的运动副统称为高副;低副和高副的确定必须熟练，在★空间运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间运动。了解度计算中十分重要4.

按运动副的运动空间分:★平面运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动的运动副；重点掌握五、运动链运动链:指两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。★闭链:运动链的各构件构成首尾封闭的系统。★开链:运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。★平面运动链:各构件间的相对运动为平面运动的运动链。★空间运动链:各构件间的相对运动为空间运动的运动链。机构:在运动链中将一构件加以固定,而其余构件都具有确定的运动，则运动链便成为机构。机架：机构中固定不动构件。平面机构:机构中各构件间的相对运动为平面运动。重点空间机构:机构中各构件间的相对运动为空间运动。了解机架原动件原动件:机构中按给定的运动规律独立运动的构件。位置从动件:机构其余活动构件。六、机构§2-2

机构运动简图机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构运动尺寸有关。机构运动简图：指根据机构的运动尺寸,按一定的比例尺定出各运动副的位置,并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。画机构运动简图的目的是为了简单方便地分析机械的运动和动力有时只是为了表明机构结构状况,而不需要要求严格地按比例绘制，这样的简图又叫机构的示意图。一、常用运动副和构件的表示方法1.常用运动副的符号（固定、高低）平面运动副最常用，必须会空间运动副不常用，了解就行2.一般构件的表示方法这些构件最常用，必须会3.常用机构运动简图符号（要了解）1、搞清这个机械的实际构造和运动传递情况2、机架、原动件（已知条件）、执行部分（与外界直接接触部分或输出部分、求解的结论）3、循着运动传递的路线（正解、反推）搞清各个构件之间组成了何种运动副4、再选择运动平面较多的平面为视图平面，通常就是给定的面看懂

弄通

选面

画图

丷丷对于整个机械4.画机构运动简图的方法画图步骤分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、从动件（传动部分和执行部分）；循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目；恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面；选择适当的比例尺,定出各运动副之间的相对位置，用规定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。例题一：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图分析：该机构有

6个构件和7个转动副。134256例题二：偏心轮机构运动简图的绘制例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为原动件，与滑块2在B点铰接，滑块2推动拨叉3绕固定轴C转动，拨叉3与圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。冲床动画ABCDE分析：绘制简图：123456§2-3

机构具有确定运动的条件问题：取运动链中某个构件为机架，其余构件在什么条件下才具有确定运动？实例分析机构中给定独立运动参数的构件为原动件。给定一个独立运动参数：其余构件有确定运动。四杆机构动画结论机构具有确定运动的条件为：机构原动件数=机构

度数五杆机构机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称为机构的

度。给定一个独立运动参数：机构没有确定运动。给定两个独立运动参数：机构有确定运动。§2-4

机构平面机构机构的

度＝所有活动构件

度数－所有运动副的约束数平面

构件：3个

度平面低副：引入2个约束平面高副：引入1个约束假设平面机构有n个活动构件：3n个

度有Pl个低副和Ph个高副：引入(2

Pl

+Ph)约束平面机构的

度计算公式：F=3n-(2

pl

+

ph)=3n-2

pl

-

ph度的计算度的计算度计算实例分析四杆机构F=3n-2

Pl

–

Ph=3×4

-

2×5-0=2F=3n-2

pl

–

ph=3×3

-

2×4-0=1五杆机构再算前面的例子，平面单，有许多注意事项，度计算看上去挺简单，但实际上不简通过一些实例来介绍★复合铰链实例分析1：计算图示直线机构度解：F=3n-2

pl

–ph=3×7

-

2×6-0=9§2-5

计算机构

度应注意的事项两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个。解：F=3n-2pl–ph=3×7-2×10-0=1实例分析2：计算图示凸轮机构

度解：F=3n-2

pl

–phF=3n-2

pl

–

ph=3×2

-

2×2-1=1★

局部

度机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动,

把这种局部运动的

度称为局部

度。数目用F′表示.度时,应将局=3×3

-

2×3-1=2注意：计算机构部

度除去不计。方法一：F=3n-2

pl

–ph

-F′=3×3

-

2×3-1-1=1方法二：假想构件2和3焊成一体指机构在某些特定几何条件或结构条件下，有些运动副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用,这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束，用P′表示。注意：在计算

度时，应将虚约束除去不计。去除虚约束的方法：将因虚约束而减少的

度再加上。

即：F=3n-2

pl

–

ph+

P′不计引起虚约束的附加构件和运动副数。F=3n-2

pl

–

ph★虚约束虚约束常在如下情况出现：1.

机构中两构件未联接前的联接点轨迹重合,则该联接引入1个虚约束;正确计算：度●将因虚约束而减少的再加上。F=3n-2pl

–ph

+P′=3×4

-

2×6-0+1=1不计引起虚约束的附加构件和运动副数。F=3n-2

pl

–

ph=3×3

-

2×4-0=1F=3n-2

pl

–

ph=3×3

-

2×4-0=1F=3n-2

pl

–

ph=3×4

-

2×6-0=0分析：E3和E5点的轨迹重合，引入一个虚约束正确计算：F=3n-2

pl

–ph+P′=3×4-2×6-0+1=13.某些不影响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为虚约束。2.

机构运动过程中,某两构件上的两点之间的距离始终保持不变,将此两点以构件相联,则将带入1个虚约束。▲两构件在几处接触而构成移动副且导路互相平行或重合。还需要注意的：1.

两构件在几处接触而构成运动副▲两个构件组成在几处构成转动副且各转动副的轴线是重合的。只有一个运动副起约束作用,只算一个运动副;2.若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法线重合,则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合，将提供两个约束，看作一个平面低副。只提供一个约束，看作一个平面高副此两种情况有两个约束小结存在于转动副处正确处理方法：复合铰链处有m个构件则有(m-1)个转动副复合铰链局部度常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。正确处理方法：计算

度时将局部自由度减去。存在于特定的几何条件或结构条件下。虚约束正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去不计。度，复合铰链：D包含2个转动副局部

度：F’=2典型例题一：计算图示某包装机送纸机构的并判断该机构是否有确定运动。解法1：动画演示解法2：虚约束：杆8及转动副F、I引入1个虚约束。计算束和局部度前直接去除虚约度：计算机构

度典型例题分析n=6

pl=7

ph=3F=3n-2pl-ph=1典型例题二：计

算

图

示

机

构的

度，

如有

复

合铰

链、

局

部 度

和

虚

约

束，需明

确 。

画

箭

头

的

构

件

为

原

动

件。复合铰链解：分析1个虚约束局部

度

复合铰链机构具有确定运动的条件：度数=原动件数基本杆组：把机构中最后不能再拆的 度为零的构件组称为机构的基本杆组。§2-6

机构的组成原理及结构分类一、机构的组成原理1.

杆组机架和原动件与从动件组分开：从动构件组 度为零。可以再拆成更简单的度为零的构件组对于全低副的杆组：n个构件、pl个低副根据n的取值基本杆组分为以下几种情况：（1）n=2,pl=3的双杆组：又叫Ⅱ级杆组常见Ⅱ级杆组的形式为n和pl为整数n=2,4,6…3n

2

pl

02n

p3

l（2）n=4,pl=6的多杆组，又叫Ⅲ级杆组特征为杆组中具有一个三副构件。常见的三种形式为（3）更高级别的杆组，不再赘述机构组成原理指把若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上，就可以组成

度数与原动件数相等的新机构。机构组成过程动画演示机构创新设计应遵循的原则利用机构组成原理进行机构创新时，在满足相同工作要求的条件下，机构的结构越简单、杆组的级别越低、构件数和运动副数越少越好。2.

机构的组成原理二、平面机构的结构分类机构结构分类的依据：根据机构中基本杆组的级别进行分类。别为II级的机构。别为III级组的机构。II级机构指机构中基本杆组的III级机构指机构中基本杆组的Ⅰ级机构只由机架和原动件组成的机构称为Ⅰ级的机构。（如杠杆机构等）结构分析目的了解机构的组成，确定机构的级别。重点结构分析的过程把机构分解为基本杆组、机架和原动件。三、平面机构的结构分析拆杆组，针对全低副机构从离原动件最远的构件开始试拆，先拆II级组，若不成，再拆III级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个与原机构有相同

度的机构，直到只剩原动件为止。杆组拆分示例杆组拆分原则机构结构分析步骤1、正确计算机构的

度；2、根据机构拆分原则进行拆分3、最后定出机构的级别。典型例题1试确定图示机构级。平面机构中高副低代的目的为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。高副低代的含义根据一定条件对平面高副机构的中高副虚拟地用低副来代替的方法。高副低代的条件：①代替前后机构的

度不变；②代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。§2-7

平面机构的高副低代高副低代方法高副两元素均为圆弧动画演示

动画演示结论：用一个含有两个低副的虚拟构件来瞬时代替高副，且两低副位置分别在两高副元素接触点处的曲率中心。高副元素为非圆曲线高副元

一为直线高副元

一为一点因其曲率半径为零，其中一个转动副就在该点处。因其曲率中